云南省設(shè)計院集團 云南昆明 650000

摘要：近年來地震災(zāi)害多發(fā)，人們對建筑工程的抗震性越來越關(guān)注，需要工程建設(shè)單位采取有效措施提升工程整體的抗震能力，而這也是企業(yè)提升工程整體品質(zhì)和行業(yè)競爭力的重要手段。樓梯是建筑結(jié)構(gòu)重要組成部分，其地震作用下對建筑整體的作用越來越受到人們的關(guān)注，所以建筑企業(yè)應(yīng)當(dāng)在抗震設(shè)計中充分考慮樓梯因素，進(jìn)而實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)整體抗震水平的提升。

關(guān)鍵詞：地震作用下；框架結(jié)構(gòu)；影響

傳統(tǒng)的建筑工程框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中很少將樓梯影響考慮進(jìn)去，而這也是影響我國建筑工程整體抗震性能的原因。近年來隨著建筑水平的提升，樓梯在框架結(jié)構(gòu)抗震中的影響越來越受到人們的關(guān)注，相關(guān)實驗也表明樓梯對建筑工程框架結(jié)構(gòu)抗震性能會產(chǎn)生較大影響，同時那些將樓梯影響因素考慮到框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的建筑工程的整體抗震性能也切實得到了提升。

一、實例計算及分析

（一）結(jié)構(gòu)分析概況

某工程為框架結(jié)構(gòu)，包括7層且每層高度為3.6米。主梁的規(guī)格是250毫米×450毫米、250毫米×600毫米、250毫米×650毫米；次梁的規(guī)格為200毫米×400毫米、200毫米×600毫米；平臺梁的規(guī)格為200毫米×400毫米；框架柱的規(guī)格為500毫米×500毫米；梯柱的規(guī)格為250毫米×250毫米。選用120毫米厚的平臺板、梯板、樓板和等級為C40的混凝土。根據(jù)圖1進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面布置。抗震設(shè)防烈度為7度，基本加速度為0.15g，場地類別為Ⅱ類。采用SAP2000建立兩個不同的模型，一個有樓梯、另外一個沒有樓梯。

分別采用以下三種工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，其中周圍構(gòu)件、樓梯間、框架結(jié)構(gòu)整體抗震性能受到樓梯影響的研究通過工況1和工況2進(jìn)行，樓梯構(gòu)件受力性能受到水平地震作用影響的研究通過工況2和工況3實現(xiàn)。

工況1：分析沿橫向無樓梯框架結(jié)構(gòu)的反應(yīng)譜和豎向荷載作用下的受力，并在抗震規(guī)范5.4.1的基礎(chǔ)上組合各個效應(yīng)。

工況2：分析沿橫向樓梯框架結(jié)構(gòu)的反應(yīng)譜和豎向荷載作用下的受力，并在抗震對反5.4.1的基礎(chǔ)上組合各個效應(yīng)。

工況3：分析豎向荷載作用下樓梯框架結(jié)構(gòu)的受力，并在荷載規(guī)范3.2.3的基礎(chǔ)上組合各個效應(yīng)。

圖1結(jié)構(gòu)平面圖

二、結(jié)構(gòu)整體抗震性能分析

通過分析無樓梯和有樓梯框架結(jié)構(gòu)的模態(tài)，獲得了振型質(zhì)量參與系數(shù)和自振周期，如表1所示。分析表1可知：第一，有樓梯框架結(jié)構(gòu)具有較小的自振周期，其結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度得到了提升，尤其是通過沿結(jié)構(gòu)橫向布置梯段板，對橫向抗側(cè)剛度提升和自振周期的降低最為明顯。第二，框架結(jié)構(gòu)建筑物角部設(shè)樓梯能夠使結(jié)構(gòu)自身的抗扭剛度大大增強，結(jié)構(gòu)自振周期降低，結(jié)構(gòu)第三階振型振動形態(tài)變?yōu)榧兣まD(zhuǎn)振動。

表1結(jié)構(gòu)自振周期和振型質(zhì)量與參數(shù)

振型無樓梯有樓梯周期壁紙

周期/sUxUyRx周期/sUxUyRx

11.2690.000.84.0.471.0780.050.690.330.86

21.1390.450.020.041.0240.680.070.030.91

31.0840.410.000.310.8750.110.060.560.84

表2為有樓梯和無樓梯框架結(jié)構(gòu)在工況1和2樓層剪力和層間位移，分析表格可知：第一，框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度在樓梯的作用下增加，其自振周期減少，這進(jìn)一步增加了結(jié)構(gòu)地震作用。第二，樓梯框架結(jié)構(gòu)在較大的抗側(cè)剛度和樓層剪力下，那么其層間位移就會相應(yīng)的增加。

表2結(jié)構(gòu)層剪力與層間位移

樓層樓層剪力/kn 層間位移/mm

無樓梯有樓梯比率無樓梯有樓梯比率

1476956741.184.655.131.20

2429848751.346.36.781.12

3374548631.356.56.741.14

4354643251.185.516.231.12

5292835561.234875.3210.5

6245427871.133.874.251.14

7145817661.322.452.671.10

三、樓梯構(gòu)件受力性能分析

（一）樓梯板

表3為1#樓梯間段板在工況2和3條件下的內(nèi)力，分析表3可知：第一，設(shè)計中如果只考慮豎向荷載，那么就會有較小的梯段板內(nèi)力，受力需求在運用傳統(tǒng)的構(gòu)造方式和配筋的情況下能夠得到滿足。第二，地震情況下，梯段板存在內(nèi)力，將樓梯設(shè)計為整體結(jié)構(gòu)的一部分，軸力、剪力也明顯增加，反復(fù)拉壓力會拉斷梯段板的薄弱部位[1]。

表3樓段板內(nèi)力

樓層工況2工況3

TB1TB2TB1TB2

彎矩 剪力 軸力彎矩 剪力 軸力彎矩 剪力 軸力彎矩 剪 軸力

kn·m kn knkn·m kn knkn·m kn knkn·m kn kn

16140375678489985152345173755

26842280973435864112338142847

35433761454335635111724111921

43321236535218365112421132523

（二）梯梁、平臺梁

表4～表5為1#樓梯間梯梁、平臺梁在工況2、3情況下的內(nèi)力，分析這些表能夠發(fā)現(xiàn)：第一，平臺梁和梯梁的內(nèi)力在只考慮豎向荷載的設(shè)計中具有具有較小的內(nèi)力。第二，地震中與斜向梯段板直接相連的梯梁TL1、TL2在樓梯與整體結(jié)構(gòu)共同工作的情況下，承受的不僅是豎向荷載，還包括斜向的軸力，這樣就會有相應(yīng)的剪力和彎矩產(chǎn)生于TL1、TL2的水平方向和豎直方向，最終造成上下樓梯段板交叉處和支座處的減扭破壞，裂縫甚至?xí)由熘疗脚_板內(nèi)。第三，在平臺梁PTL1未與樓段板相連的情況下，雖然其受到較大的剪力和彎矩，但是其受到較小的水平方向剪力、彎矩、扭矩，進(jìn)而能夠獲得更好的保護。

表4梯梁、平臺梁彎矩

編號彎矩方向工況2工況3

1層2層4層6層1層2層4層6層

TL1豎直9192684414985

水平15161273233

TL2豎直363726224533

水平65643232

TL3豎直3741322812172123

水平44330000

表5梯梁、平臺梁剪力

編號彎矩方向工況2工況3

1層2層4層6層1層2層4層6層

TL1豎直8182654215987

水平13514611257161296

TL2豎直424433244553

水平282726153579

PTL1豎直8391756827394550

水平00000000

（三）梯柱

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